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动物大脑神经元活动胞外记录经验总结

已有 3993 次阅读 2016-4-1 00:23 |系统分类:科研笔记|关键词:学者| 神经元, 电生理, spike

动物大脑神经元活动胞外记录经验总结

 

动物chamber

实验动物异氟烷麻醉状态下实施开颅,移除实验目标脑区的颅骨(勿动脑膜),留出圆形开孔,在开孔上通过牙科水泥和小螺钉将一个钛合金的chamber固定在开孔处,然后拧上chamber盖子,缝合皮肤,恢复一个月,期间注意观察是否感染,若有化脓,可以注射3头孢或撒上磺胺晶体。

 

动物预备

Chamber如果保持3天以上不开启,chamber脑膜表面就会生长出息肉和血豆腐,因此在chamber安装后第一次开启chamber时需要清理chamber。清chamber主要用脑膜刮勺轻轻地刮脑膜表面,直至露出微白色、平整光滑、富有弹性的脑膜。整个过程需要在无菌环境下操作,第一次清理耗时长,需要在用氯胺酮麻醉的状况下清理。每天实验前都要进行这个操作。

频繁刮脑膜会刺激脑膜增生,因此在实验一段时间以后可能会出现脑膜增厚、电极穿刺时弯折的情况,此时就需要来一次撕脑膜的过程。需要将动物在手术台上用异氟烷麻醉,然后在立式显微镜的辅助下观察脑膜的增生状况,然后用刮勺与小镊子清除多余的脑膜。增生的脑膜在显微镜下是纤维状,纵横交错,不平整,韧性大,比较坚硬。刮的时候需要在边缘处刮开一个小口,然后用镊子夹住口子,用刮勺向上撩拨,直到一大片脑膜被拨起来,然后用眼科剪剪掉,露出平整的脑膜。注意刮勺不要向下用力,以免捅破脑膜,也不要用镊子撕扯,以免撕开脑膜。整个过程需要耐心、细心和手感。

 

神经元活动记录与采集系统

神经元电活动胞外记录主要采集神经spike信号,电压在数十个毫伏左右。采集信号时将包裹有玻璃的金属电极刺破脑膜扎入脑膜下,神经信号传入电极,电极信号经headstage,前端放大器,然后通过光纤传给BlackRock Cerebus(一台信号采集设备),Cerebus将信号通过以太网线传给用户电脑,电脑中配套的Cerebus Central Suit软件可以呈现信号,用户也可以通过该软件来选择、观察和存储信号。




-> headstage

玻璃金属电极在使用前需要将尖端浸泡在生理盐水中测电阻,电阻在2-5兆欧可用。此外还可以辅助以显微镜下观察,能看到尖端是否弯折,一般尖端如削尖的铅笔。电极扎入脑前需要先用酒精浸泡10分钟消毒。

电极需要用guid tube来引导扎入,guid tube能保护电极尖端在用手操作时不至因碰触而折弯,也能在电极扎入脑时起到一定的支撑作用。Guid tube可以用长长的针管制作,需要刚好插进去电极。Guid tube在使用前也要消毒十分钟。

Guid tube和电极需要安装在NAN drive上,drive前端是一根铅笔样的不锈钢杆子,能以缓慢的速稳定地推进电极,drive连在NAN主机上,主机与用户电脑通过NAN软件交互,用户可以通过软件控制driver的推进速度。Driver通过adaptor(一个自制的环形金属部件,能套在chamber上固定)固定在chamber上。ChamberAdaptorDriver、电极,都固定在了颅骨上,因此能稳定地推进电极。据说某些情况下为了防止电极随脑膜的轻微震动,可以在chamber中灌注琼脂,起到压抑脑膜振幅的作用。

前端放大器能将微小的信号放大,因此在电极下行过程中和采集过程中如果需要用手碰触电路,需要关闭放大器操作,以免烧坏放大器。

Headstage上有电极channels孔,也有GNDREF孔,即地线和参考电极。如果只扎一个电极,则需要将一个channel与电极尾相连,GND与远离chamber的其他躯体位置相连,REF可以连在guid tube上,guid tube的尖端要碰触到脑膜,可以在chamber内滴入生理盐水,保证tube和脑膜稳定联通,如果tube和脑膜之间很近,一会儿贴住一会儿松开,会带来规律振荡的噪音,可以把tube往外一些,使二者不要太近。此时,电极与地、REF与地就形成两个电压,二者之差就是神经活动电压。

电极如同天线,对空间中的电磁波很敏感,如前端放大器电源发出的辐射、附近台灯发出的辐射、红外灯发出的辐射等、即使将一个金属靠近电极,也能将空间的电磁波引导投射到电极。因此需要在电极和driver周围加铜网来屏蔽,铜网与GND相连,也需要把铜网接实验室的地,铜网可以做很大,完全罩住动物脑袋及周围,方便省事。注意不要让铜网与电极、REF和drive杆子接触DriverNAN主机后面的环形细线要悬空,外壳要接地,否则会带来很大的噪声,通过Driver的控制线传递到电极。为了使外壳良好接地,可以用锉刀搓掉一部分外壳漆皮,将裸露部分和实验室的地用铜网贴合。给动物提供water reward的电磁阀在开合时能引发巨大的磁场变化,带来虚假的spike信号,可以考虑用厚的铁磁盒子隐藏电磁阀或将电磁阀拉远。

 

信号采集过程

1、将动物chamber打开,清理chamber,露出脑膜。滴入几滴生理盐水。

2、chamber上安装adaptor。然后将动物推入记录室(屏蔽室)。

3、将酒精浸泡过的电极和guide tube连到driver上,再将driver拧到adaptor上,然后将guide tube用镊子往下推,直至碰触到脑膜,可以发现能弹回来

4、插上driver控制线,将headstage上的channelGNDREF分别连到电极尾巴、离chamber远的某个躯体位置和guidetube上。

5、罩上铜网,铜网连GND以及实验室地

6、打开前放和NAN主机,打开Cerebus软件和NAN软件,一边观察电极信号变化一边推进电极。

7、当电极进入脑膜并靠近细胞时,噪声在35mv以内,同时能看到有spike波形。如果将cerebus主机与audio联通,还可以通过audio的声音来考察spikeSpike的声音比噪声大,很短促,发出pu pu pupa pa pa的声音。一般细胞都有自发放,所以只要电极扎到脑中,大多数情况下是可以听到较为频繁的spike声音的。

8、实验结束后,缓慢退出电极。将电极浸泡水中一夜。动物chamber清理后,拧好chamber盖子,放回笼子。




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1 陈南晖

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